Генератор переменного тока 220 вольт схема проводки

Желание разработать автономный источник по производству электроэнергии позволил соорудить генератор из обычного асинхронного мотора. Разработка отличается надежность и относительной простотой.

Виды и описание асинхронного двигателя

Существует два вида моторов:

1. Короткозамкнутый ротор. Он включает в себя статор (недвижимый элемент) и ротор (вращающийся элемент), движущийся за счет работы подшипников, прикрепленных к двум щиткам мотора. Сердечники изготовлены из стали, а также они изолированы друг от друга. По пазам статорного сердечника расположен изолированный провод, а по пазам роторного устанавливается стержневая обмотка либо льется растопленный алюминий. Специальные кольца-перемычки играют роль замыкающего элемента роторной обмотки. Самостоятельные разработки преобразовывают механические движения мотора и создают электроэнергию переменного напряжения. Их преимущество – нет в наличии коллекторно-щелочного механизма, что делает их более надежными и долговечными.
2. Фазный ротор – дорогой прибор, требующий специализированного сервиса. Состав такой же, как и у ротора с коротким замыканием. Единственное исключение роторная и статорная обмотка сердечника выполнена из заизолированного провода, а ее концы подсоединяют к кольцам, прикрепленным к валу. По ним проходят специальные щетки, которые объединяют провода с регулировочным либо пусковым реостатом. Из-за низкого уровня надежности его используют лишь для тех отраслей производства, для которых он предназначен.

Область применения

Устройство используется в разных отраслях:

1. Как обычный двигатель для электростанций, работающих от ветра.
2. Для собственного независимого питания квартиры либо дома.
3. Как небольшие ГЭС-станции.
4. Как альтернативный инверторный тип генератора (сварочный).
5. Для создания бесперебойной системы питания от переменного тока.

Преимущества и недостатки генератора

К положительным качествам разработки принадлежат:

1. Простая и быстрая сборка с возможностью избежать разборки электродвигателя и перемотки обмотки.
2. Способность осуществлять вращение электротока с помощью ветряной либо гидротурбины.
3. Применение устройства в системах мотор-генератор, чтобы преобразовать однофазную сеть (220В) на трехфазную (380 В).
4. Способность использовать разработку в местах отсутствия электричества, применяя для раскрутки двигатель внутреннего сгорания.

Минусы:

1. Проблематичность расчета емкости конденсата, который присоединяется к обмоткам.
2. Сложно достичь максимальной отметки мощности, на которую способна самостоятельная разработка.

Самодельный генератор из асинхронного двигателя

Принцип работы

Генератор вырабатывает электрическую энергию при условии, что количество оборотов ротора несколько выше синхронной скорости. Самый простой тип вырабатывает порядка 1800 об/мин., учитывая, что уровень его синхронной скорости становится 1500 оборотов.

Его принцип действия основывается на переработке механической энергии в электроэнергию. Заставить ротор вращаться, и производить электричество можно с помощью сильного крутящегося момента. В идеальном варианте – постоянный холостой ход, который способен поддерживать одинаковую скорость движения.

Все виды моторов, работающие от силы непостоянного тока, называются асинхронными. У них магнитное поле статора кружится скорее, чем поле ротора, соответственно направляя его в сторону своего движения. Чтобы изменить электромотор на функционирующий генератор понадобится повысить скорость передвижения ротора, чтобы он не следовал за магнитным полем статора, а начал двигаться в другую сторону.

Получить подобный результат можно, подключив прибор к электросети, конденсатор с большой емкостью или целую группу конденсаторов. Они заряжаются и скапливают энергию от магнитных полей. Фаза конденсатора имеет заряд, который противоположен источнику тока мотора, из-за чего происходит замедление работы ротора, и начинается выработка тока статорной обмоткой.

Схема генератора

Схема очень простая и не нуждается в наличии специальных знаний и умений. Если запустить разработку не подключая ее к сети, начнется вращение и, после выхода на синхронную частоту, статорная обмотка станет образовывать электрическую энергию.

Прикрепив к ее зажимам специальную батарею из нескольких конденсаторов (С) можно получить опережающий емкостный ток, который будет создавать намагничивание. Емкость конденсаторов должна быть выше критического обозначения С₀, которое зависит от габаритов и характеристик генератора.

В данной ситуации происходит процесс самостоятельного запуска, а на статорной обмотке монтируется система с симметричным трехфазным напряжением. Показатель создаваемого тока напрямую зависит от емкости для конденсаторов, а также характеристики машины.

Простейшая схема включения асинхронного двигателя

Делаем своими руками

Чтобы преобразовать электромотор в работоспособный генератор понадобиться применять неполярные конденсаторные батареи, поэтому электролитические конденсаторы лучше не использовать.

В трехфазном моторе подключить конденсатор можно по таким схемам:

• «Звезда» – дает возможность провести генерацию при меньшем количестве оборотов, но с более низким выходным напряжением;
• «Треугольник» – вступает в работу при большом количестве оборотов, соответственно вырабатывает больше напряжения.

Можно создать собственное устройство из однофазного мотора, но при условии, что он оборудован ротором с коротким замыканием. Чтобы запустить разработку следует воспользоваться фазосдвигающим конденсатором. Однофазный мотор коллекторного типа для переделки не подходит.

Внешний вид простейшего ветрогенератора с применением асинхронного двигателя

Необходимые инструменты

Создать собственный генератор несложно, главное иметь все необходимые элементы:

1. Асинхронный мотор.
2. Тахогенератор (прибор для измерения тока) или же тахометр.
3. Емкость под конденсаторы.
4. Конденсатор.
5. Инструменты.

Пошаговое руководство

1. Поскольку понадобится перенастроить генератор таки образом, чтобы скорость вращений превышала обороты мотора, первоначально необходимо подсоединить двигатель к электросети и завести. Затем с помощью тахометра определить скорость его вращений.
2. Узнав скорость, следует к полученному обозначению прибавить еще 10%. Например, технический показатель мотора 1000 об/мин, то у генератора должно быть порядка 1100 об/мин (1000*0,1%=100, 1000+100=1100 об/мин).
3. Следует подобрать емкость под конденсаторы. Чтобы определиться с размерами используйте данные таблицы.

Таблица конденсаторных емкостей

Мощность генератора КВ А	Холостой ход		Полная нагрузка
	ЕмкостьМкф	Реактивная мощность Квар	COS=1		COS=0.8
			Емкость Мкф	Реактивная мощность Квар	Емкость Мкф	Реактивная мощность Квар
2,0	28	1,27	36	1,63	60	2,72
3,5	45	2,04	56	2,54	100	4,53
5,0	60	2,72	75	3,4	138	6,25
7,0	74	3,36	98	4,44	182	8,25
10,0	92	4,18	130	5,9	245	11,1
15,0	120	5,44	172	7,8	342	15,5

Важно! Если емкость будет большой, то генератор начнет нагреваться.

Подберите соответствующие конденсаторы, которые смогут обеспечить требуемую скорость вращений. Будьте осторожны при установке.

Важно! Все конденсаторы должны быть заизолированы специальным покрытием.

Устройство готово и может использоваться в качестве источника электроэнергии.

Важно! Прибор с короткозамкнутым ротором создает высокое напряжение, поэтому если необходим показатель в 220В, следует дополнительно установить понижающий трансформатор.

Генератор на магнитах

Магнитный генератор имеет несколько отличий. Например, он не нуждается в установке конденсаторных батарей. Магнитное поле, которое будет создавать электричество в обмотке статора, создается за счет ниодимовых магнитов.

Особенности создания генератора:

1. Необходимо открутить обе крышки двигателя.
2. Понадобится устранить ротор.
3. Ротор необходимо проточить, сняв верхний слой нужной толщины (толщина магнита + 2мм). Самостоятельно выполнить данную процедуру без токарного оборудования крайне сложно, поэтому следует обратиться в токарный сервис.
4. Сделайте шаблон для круглых магнитиков на листе бумаги, исходя из параметров диаметр 10-20 мм, толщина около 10 мм, а присягающая сила порядка 5-9 кг на см 2 . Подбирать размер следует в зависимости от габаритов ротора. Затем прикрепите созданный шаблон на ротор и разместите магнитики полюсами и под углом 15-20 0 к оси ротора. Ориентировочное количество магнитов в одной полоске около 8 штук.
5. У вас должно выйти 4 группы полос, каждая по 5 полосок. Между группами должно сохраняться расстояние величиной в 2 диаметра магнита, а между полосками в группе – 0,5-1 диаметр магнита. Благодаря данному расположению ротор не будет залипать к статору.
6. Установив все магниты, следует залить ротор специальной эпоксидной смолой. Как только она высохнет, покройте цилиндрический элемент стекловолокном и снова пропитайте смолой. Такое крепление позволит избежать вылету магнитов в момент движения. Следите, чтобы диаметр у ротора был таким же, как до проточки, чтобы при установке он не терся об статорную обмотку.
7. Просушив ротор, его можно установить на место и прикрутить обе крышки двигателя.
8. Провести испытания. Для запуска генератора понадобится поворачивать ротор с помощью электродрели, а на выходе вымерять полученный ток тахометром.

Переделывать или нет

Чтобы определить, эффективна ли работа самостоятельно сделанного генератора, следует просчитать, насколько оправданы усилия по преобразованию устройства.

Нельзя сказать, что устройство очень простое. Двигатель асинхронного двигателя не уступает по сложности синхронному генератору. Единственное отличие отсутствие электрической цепи для возбуждения работы, но она заменяется батареей конденсаторов, что ничем не упрощает устройство.

Еще одно положительное качество – эффект клирфактора. Он заключается в отсутствии высших гармоник в генерируемом токе, то есть чем ниже его показатель, тем меньше расходуется энергии на обогрев, магнитное поле и иные моменты. У трехфазного электромотора этот показатель составляет около 2%, в то время когда у синхронных машин он минимум 15%. К сожалению, учет показателя в быту, когда в сеть включены разнотипные электроприборы, нереален.

Другие показатели и свойства разработки отрицательные. Он не способен обеспечивать номинальную промышленную частоту производимого напряжения. Поэтому устройства применяют вместе с выпрямительными машинами, а также для зарядки аккумулятора.

Генератор чувствителен к малейшим перепадам электричества. В промышленных разработках для возбуждения применяется аккумулятор, а в самодельном варианте часть энергии уходит на батарею конденсаторов. В случае, когда нагрузка на генератор выше номинала, ему не достаточно электричества для подзарядки, и он останавливается. В некоторых случаях применяют емкостные батареи, которые меняют свой динамический объем в зависимости от нагрузки.

Просчитать, учесть и компенсировать изменения тока, которые происходят случайно, к сожалению, нереально, поэтому устройству характерна нестабильная работа.

Стандартная задача бесперебойного питания дома от генератора таит в себе множество подводных камней и нюансов.

Поиск в интернете по соответствующей теме выдает множество ссылок на статьи и видеоролики, большинство из которых, к сожалению, написаны и сняты с дилетантским подходом. Реализация этих схем может привести к серьезным проблемам, начиная от сгоревшей техники и заканчивая электротравмами. В этой части разберемся с тем, как делать нельзя.

Категорически нельзя

1. Подключать генератор через обычную домовую розетку проводом вилка-вилка с отключением вводного автомата. Почему? Отвечаем:
2. Мощность самых популярных генераторов для частных домов как правило находится в границах от 5-6.5кВт. Бытовая розетка, при правильном монтаже, способна держать нагрузку до 16А (

3,5кВт), а при неправильном (не ГОСТовский провод, сечение менее 2.5 кв.см., китайская розетка, слабые контактные соединения и т.п.) 10А и менее. При повышении нагрузки возникает пожароопасная ситуация.

По ГОСТу (12.2.007.0-75 п.3.1.7) в электромонтаже не допускается наличие неизолированных токоведущих частей, а при использовании подключения вилка-вилка мы имеем возможность наличия опасного напряжения на одной из вилок.

Эта схема допускает механическую возможность подачи встречного напряжения на генератор, что приведет к выходу его из строя. Это возможно в том случае, если при работающем генераторе, один из домочадцев включит вводной автомат, зная, что появилось напряжение от сети.

Запрещается подключать генератор через распределительный щит с использованием схемы переключения на автоматах. Давайте посмотрим на пример, который нам довелось встретить на практике:

Неправильная схема подключения генератора

Опустим комментарии по качеству сборки этого щита. Чем опасна такая схема? При одновременном включении двух автоматов (в данном случае слева внизу “Ввод” и “Внешн.роз и генер”.) мы получаем встречное напряжение на линию генератора, что приводит к его выходу из строя. Включить сразу два автомата может непосвященный в схему член семьи или задумавшийся о смысле жизни хозяин дома. Необходимо использовать трехпозиционные реверсивные рубильники I-0-II (например, ABB OT40F3C)
Категорически нельзя подключать один из выходов генератора на общую нейтральную шину при отсутствии повторного заземления нейтрали в основном щите (схема ТТ) и/или на столбе и/или в шкафу учета. Такое заземление, как правило, отсутствует в старых СНТ или в поселках с нарушением норм прокладки силовых линий. Нарушая это правило, мы на “общественную” нейтраль отдаем опасное напряжение полуфазы с выхода нашего генератора. Это может привести к электротравмам у ваших соседей и работающих на линии электриков. Как определить, есть ли повторное заземление? Заземление нейтрали делается либо наверху столба через вывод арматуры, либо на стальную ленту, которая идёт вдоль столба и уходит в землю. Один из примеров схемы с заземлением нейтрали на столбе и организацией зазмеление по схеме TN-C-S

Заземление нейтрали во ВРУ

Не рекомендуем:

1. Заземлять один из выходов генератора на общедомовую шину PE (землю). В случае, если у вас земля “отвалится” (сгниет провод, открутится соединение) опасное напряжение появится на всех заземленных приборах вашего дома.
2. Подключать бюджетные генераторы на прямую на нагрузку без использования фильтров сетевых помех. Изменение оборотов генератора вызывает сильные помехи и броски напряжение, которые опасны для чувствительного электронного оборудования (автоматика газовых котлов, дорогая бытовая техника).
3. Использовать трехфазные генераторы мощностью до 10кВт для резервного питания дома. Перекос по фазам приведет к быстрому выходу генератора из строя. Используйте однофазные генераторы со схемой объединения фаз.
4. Подключать инверторные генераторы на общую нейтральную шину. Это может привести к быстрому выходу генератора из строя.
5. Пренебрегать правилом заземления самого корпуса генератора.
6. Использовать неинверторный генератор без глухозаземленной нейтрали одного из его выходов, т.к. это приводит к некорректной работе автоматов диф.защиты (УЗО) и ошибкам в работе фазозависимых котлов.
7. Использовать для заземления выход генератора, который отключается однополюсным автоматом на его корпусе.

О том, как правильно подключить генератор в сеть (220/380В) загородного дома поговорим позднее.

Общее устройство электрогенераторов

Каждый генератор (бензиновый, дизельный или газовый) состоит из двух основных частей: двигателя и альтернатора (собственно генератора), соединенных между собой. От них зависят возможности генераторной установки.

Двигатель генератора

• Двухтактный двигатель. Имеет несложную конструкцию, отличается компактными размерами и небольшим весом. Топливная смесь подается через боковую трубку, перемещается в верхнюю точку, после чего происходит выпуск отработанных газов. Для выполнения этого процесса коленчатый вал совершает всего один оборот.
• Четырехтактный двигатель. Топливо поступает через верхний клапан. Для выполнения всех рабочих процессов валу двигателя необходимо совершать четыре движения (такта). Это обеспечивает более интенсивное сжатие топлива и позволяет достичь его экономичного расходования.

Альтернатор генератора

Конструктивно такой альтернатор выполнен в виде двух (для однофазного напряжения) или трех (для трехфазного напряжения) полюсов. На статорной части закреплены изолированные обмотки из медного провода. Якорь (или ротор) так же имеет аналогичное покрытие, которое связано с коллектором. Коллектор, в свою очередь, состоит из круглых медных колец, закрепленных на валу ротора. Напряжение снимается за счет создаваемой ротором электродвижущей силы. Для регулировки напряжения предусмотрен специальный механизм – AVR.

Как следует из названия, в конструкции генератора нет щеток. Наводимый переменный ток преобразуется в постоянный на самом роторе, поэтому коллекторно-щеточный механизм не нужен. Такие генераторы имеют высокую степень защиты (IP5).

Так же как и бесщеточный, генератор не имеет коллекторно-щеточного узла, поэтому так же обладает высокой степенью защиты от пыли и влаги. На роторе такого генератора нет обмоток, он цельнометаллический и короткозамкнутый. Статор оснащен вспомогательной обмоткой, которая индуцирует на роторе магнитное поле. Оно остается неизменным и не поддается регулировке. Поэтому напряжение и частота зависят от скорости вращения вала.

Агрегаты такого типа имеют очень низкий вес. Это достигается за счет их особой конструкции. Вместо тяжелого маховика двигателя (он необходим для равномерной и непрерывной работы коленчатого вала) используется вращающийся ротор с магнитами. Он располагается поверх статора с обмотками. Ротор, вращаясь вокруг статора, создает трехфазный переменный ток, который поступает на выпрямитель блока инвертора. Здесь он преобразуется в высокостабильное однофазное напряжение (выдает ровно 220 В) и частоту (50 Гц).

За счет все той же инверторной технологии частота и напряжение не зависят от скорости вращения двигателя. Он может работать в режиме пониженной мощности.

Трехфазные и однофазные генераторы

• Однофазные генераторы. Оборудуются классическими и/или усиленными розетками, выполненными в синем или черном цветах. Для получения однофазного напряжения (220 В) используются две обмотки, соединенные последовательно или параллельно (для получения 110В).
• Трехфазные генераторы. Оборудуются красной розеткой. Для получения трехфазного напряжения используются три обмотки, расположенные под углом 120о. За счет этого с одной розетки можно снять всю мощность генератора.

Устройство защитного отключения (УЗО) – механизм автоматического отключения генератора при соприкосновении с телом человека. Защищает людей от поражения электрическим током (при неисправности оборудования) и генератор от короткого замыкания.